Modeling and optimization of PECVD processes and equipment used for manufacturing thin film photovoltaic devices
İnce film fotovoltaik aygıt üretiminde kullanılan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) süreçleri ve ekipmanının modelleme ve optimizasyonu
- Tez No: 383003
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERKAN KINCAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD), ince film tabanlı aygıt üretiminde yaygın olarak kullanılan tekniklerden biridir. Bir PECVD reaktörünün çalışma koşulları, film biriktirme koşullarına olduğu kadar plazma temizlik prosedürlerine ve üretilen malzeme kalitesine göre de optimize edilmelidir. Bunun yanısıra, gaz hatları ve odası, kompresörler ve diğer yardımcı üniteler gibi harici destek sistemlerinin PECVD ile etkileşimleri anlaşılmalı ve karakterize edilmelidir. Temel ilkelere ya da deneysel verilere dayalı modelleme, bu optimizasyon sürecinde zaman kazandırması açısından çok önemli bir araçtır. Bu çalışmada, öncelikle kullanılmakta olan sistemin temel ilkelere dayalı ısısal modeli oluşturulmuş, ve bu model üzerinden daha iyi taban sıcaklık seviyeleri ve düzgün sıcaklık dağılımları hesaplanarak iyileştirilmiş bir PECVD tasarımı önerilmiştir. Diğer yandan, malzeme optimizasyonları için, temel ilkelere dayalı modelleme kesin bir şekilde anlaşılması zor olduğundan, deneysel tasarımlara dayalı ampirik modeller kullanılmıştır. İnce film fotovoltaik aygıtlarda kullanılan katmanlar, birbirinden ayrı olarak, kristanilite, kalınlık, büyütme hızı açısından olduğu kadar kritik optik ve elektriksel özellikler açısından da optimize edilmiştir. Hidrojenlendirilmiş katkısız, n- ve p- katkılı ince film silisyum katmanları amorf (a-Si:H), nano-kristal, ve mikro-kristal fazlarında karakterize ve optimize edilmiştir. Ayarlanabilir silisyum ve azot konsantrasyonlarında amorf silisyum nitrit (SiNx) ince filmler; kalınlık profili nanometre ölçeğinde kontrol edilebilen gümüş ince filmler; tekrarlanabilir iletkenlik standartlarında aluminyum katkılı çinko oksit (AZO) ince filmler başarıyla üretilmiştir. Katmanların bireysel optimizasyonları tamamlandıktan sonra silisyum bazlı birçok ince film fotovoltaik aygıt üretilmiştir. Bu çalışmada sunulan değişik performanslar arasında p-i-n yapılı eş-eklemli a-Si:H, hetero-eklemli ve katkısız ince katmanlı hetero-eklemli (HIT) aygıtlar bulunmaktadır. a-Si:H p-i-n yapısında %2.9 (başlangıç), hetero-eklemli aygıtta %15.9, ve tek taraflı HIT yapısında %12.5 verim kaydedilmiştir.
Özet (Çeviri)
Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is a common technique used in thin film based device fabrication. Operation conditions of a PECVD reactor need to be optimized in terms of deposition conditions as well as plasma cleaning procedures to deliver desired deposited material qualities. In addition, interactions with external support systems such as gas lines and cabinet, compressors and utility production units need to be understood and characterized. Modeling, whether based on fundamental principles or experimental data, is an essential tool in this optimization process, reducing the time required for experimentation. In this work, a first principles based thermal model of the system is constructed, guiding the design of an improved PECVD chamber delivering better substrate temperature levels and uniformity. On the other hand, material optimization work is supported by the identification of empirical models based on designed experiments, since fundamental models for these interactions are too complicated to be modeled accurately. Individual thin film layers, involved in thin film photovoltaic devices, were optimized in terms of crystallinity, thickness, deposition rate as well as critical optical and electrical properties. The growth of hydrogenated silicon thin films in amorphous (a-Si:H), nano-crystalline, and micro-crystalline regions with intrinsic, n- and p- doping types were characterized and optimized. Amorphous silicon nitride (SiNx) thin films with tunable silicon and nitrogen concentration, silver thin films with controlled thickness profile down to nm scale, aluminum doped zinc oxide (AZO) thin films with repeatable uniform conductivity were realized successfully. After completing the optimization of these individual layers, several thin film silicon based photovoltaic devices were fabricated. The different performances that are reported in this work include a p-i-n structured homojunction a-Si:H device, a heterojunction device and a heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) structured device. The efficiency values of 2.9 % (initial) for a-Si:H p-i-n structure, 15.9 % for heterojunction solar device and 12.5 % for one sided HIT device were recorded.
Benzer Tezler
- Modeling and optimization of an industrial-scale combined-cycle power plant
Gerçek bir sınai bütünleşik çevrim güç santralinin modellenmesi ve optimizasyonu
KERİM YUNT
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiPROF. DR. MEHMET ÇAMURDAN
- Modeling and optimization of central ring transportation system (CRTS) in Turkish Land Forces
Türk Kara Kuvvetleri merkezi ring taşımacılığı sisteminin modellenmesi ve optimizasyonu
HAMDİ ÜNAL AKMEŞE
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN OĞUZ
- Modeling and optimization of multi-scale machining operations
Çok ölçekli talaşlı imalat işlemlerinin modellenmesi ve eniyilemesi
FEVZİ YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YİĞİT KARPAT
- Modeling and optimization of hybrid electric vehicles
Elektrikli hibrit araçların modellenmesi ve optimizasyonu
ŞAMİL BURAK ÖZDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Y. SAMİM ÜNLÜSOY
- Modeling and optimization of micro scale pocket milling operations
Mikro ölçekli cep frezeleme işlemlerinin modellenmesi ve eniyilemesi
BENGİSU SERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. YİĞİT KARPAT